JPH04364356A - 超電導回転電機の集電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超電導回転電機の集電装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超電導回転電機の一例として図４
に示す超電導発電機がある。同図において、１は超電導
界磁コイル、２は超電導界磁コイル１を収納する低温ロ
ータ、３は低温ロータ２の両端に形成されたトルクチュ
ーブ、４は回転子の外筒を形成しダンパー機能を有し、
かつ真空容器を兼ねる常温ダンパー、５は輻射熱を遮断
する輻射シールド、６は端部軸、７，８は端部軸に取り
付けられた集電環、９は集電環と超電導界磁コイル１と
を接続する電流リード、１０はヘリウム給排装置（図示
しない）より低温ロータ２へ液体ヘリウム１１を供給す
る供給管である。

【０００３】上記構成からなる超電導発電機の回転子は
、超電導界磁コイル１を極低温に冷却することにより、
超電導界磁コイル１を電気抵抗ゼロの超電導状態として
強力な磁界を発生させ、固定子（図示しない）に交流電
力を発生させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような構造におい
て、安定した超電導状態を実現、保持するためには超電
導界磁コイル１の冷却並びに液体ヘリウム１１が貯液さ
れる低温ロータ２の断熱構造が重要である。このため低
温ロータ２の周囲を真空断熱したり、輻射シールドを設
けて輻射熱の侵入を低減したり、トルクチューブ３や電
流リード９についてはその断面積を最小とするとともに
、コイル取付軸２内で気化したガスヘリウム１２を図中
矢印で示すように流して冷却し侵入熱量の低減を図って
いる。特に電流リード９は常電導であり励磁時にはジュ
ール発熱を生ずるためその冷却は重要である。

【０００５】一方超電導発電機は速応励磁を行うことに
より、その系統安定度向上効果を増大させることができ
る。速応励磁を行なうためには、界磁巻線のターン数を
減らして自己インダクタンスを小さくすることが有効で
ある。従って界磁電流は大きくなる。ガスヘリウム１２
にて冷却された電流リード９はその一端において集電環
７，８に接続スタッド１３等により接続されているが、
集電環７，８と接続スタッド１３はガスヘリウムにて直
接には冷却されない。

【０００６】さらに図５に示すように集電環の周りには
摺動するブラシ１４が配設され励磁電源１５と接続され
ている。通常の運転時は集電環７，８はブラシ１４との
摩擦熱、並びに励磁電流によるジュール発熱により加熱
され、間接冷却により多少電流リード９側に熱を奪われ
ても励磁電流が大きいので集電環７，８と接続スタッド
１３は加熱される。しかしながら励磁を行わない状態あ
るいは低速回転で運転を行なっている状態においては集
電環７，８部での発熱は小さく、その表面の温度は逆に
低下する。

【０００７】その結果、励磁中は集電環７，８と接続ス
タッド１３が過熱して電流リード９から低温ロータ２へ
の侵入熱量は増加し、安定した超電導状態を保持するこ
とが困難となる。一方無励磁、低速回転中は逆に集電環
７，８は電流リード９からの間接冷却によりその表面に
は大気との温度差により結露が生じる。過熱や結露は集
電環表面を変質させると共にブラシコンディションも劣
化させるという問題をきたす。励磁中の過熱防止対策の
ひとつに集電環と集電環廻りを大型化して電流密度を低
減する方法も考えられるが、構造が複雑になり超電導回
転電機の信頼性が低下する。

【０００８】本発明は上記の問題点を解決するために成
されたもので、励磁中、無励磁中いずれにおいても集電
環の過熱、結露を防止し常にブラシと集電環の間の摺動
状態を良好に保持することを目的としている。 ［発明の構成］

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、集電環と接続スタッドに冷媒のガスヘリ
ウム通路を設け、低温ロータ内で気化したガスヘリウム
にて冷却するものである。

【００１０】また、低速回転無励磁運転時、個々の集電
環を加熱制御するため、励磁電源とは別の加熱用電源、
加熱用ブラシ、加熱用集電環により、加熱用ヒータに加
熱電流を通電するとともに加熱用電流を制御する制御装
置により、集電環の温度制御を行う。尚、上記の、冷却
のための冷媒通路設置と、加熱のためのヒータ設置は、
併用してもどちらか一方のみ採用してもよい。

【００１１】

【作用】本発明は上記のように構成されており、励磁中
に集電環と接続スタッドに冷媒のガスヘリウムが流れこ
れらの過熱を防止できるため電流リードからの侵入熱量
の増加が防止できる。無励磁運転時でも加熱用電源によ
る集電環ヒータ部への通電にて集電環表面温度の低下が
防止できるため集電環表面の結露が防止できる。

【００１２】

【実施例】以下本発明の一実施例について図１〜図３を
参照して説明する。図において上記従来装置の構成と同
一部分には同一符号を付して説明は省略する。

【００１３】図において、１は回転子内に収められた超
電導界磁コイル、９は電流リード、７ａ，８ａは端部軸
６に取り付けられた集電環、１３ａは接続スタッドで電
流リードのガスヘリウム通路に連通する冷却孔１６を有
している。個々の集電環８ａは内周側に冷却孔１６を有
し、両端に加熱用集電環１７ａ，１７ｂが設けられ、集
電環８ａの外周側にヒータ１８が埋設されヒータ１８の
両端は加熱用集電環１７ａ，１７ｂに接続されている。 １９は加熱用集電環１７ａ，１７ｂの周りを摺動する加
熱用ブラシ、２０は加熱用電源、２１は加熱用電源の電
流を制御する制御装置である。

【００１４】このような構成において、通常の励磁運転
時は、大電流の励磁電流が接続スタッド１３ａ、集電環
７ａ，８ａに流れても、冷却孔１６に低温ロータで気化
した冷媒のガスヘリウム１２が流れるためジュール発熱
による温度上昇を防止することができ、電流リード９を
経て侵入する熱量も抑えることができる。一方無励磁運
転時においては、集電環８ａの外周側に埋設されたヒー
タ１８に励磁電源１５とは別の加熱用電源２０から、加
集用ブラシ１９、加熱用集電環１７ａを経て通電され、
ヒータ１８のジュール発熱によって温度上昇が生じ結露
の防止が図られる。尚、加熱用電源２０の起動、停止、
出力調整は集電環７ａ，８ａの温度を監視検出すること
によって制御することもできる。

【００１５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、励磁運転
時には、接続スタッド、集電環に冷媒のガスヘリウム通
路を設けて冷却するため、接続スタッド、集電環を大型
化することなく温度上昇を抑制することができる。

【００１６】一方無励磁運転時には集電環にヒータにて
加熱用電流を通電し集電環を加熱するため、集電環の温
度低下を抑制することができる。その結果集電環の過熱
、過冷を防止することができ、常に集電環とブラシ間の
コンディションを良好に保つことができるため、ブラシ
や集電環の寿命の向上が図られ、また異常摩耗やフラッ
シオーバー等の異常が発生する可能性も低減でき、超電
導回転電機全体の信頼性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超電導回転電機の集電装置の一実施例
を示す断面図

【図２】図１における集電環部まわりの詳細図

【図３】
図２における加熱用集電環部の断面および電気回路を示
す概略構成図

【図４】従来の超電導回転電機の回転子を示す断面図

【
図５】図４における集電環部の断面および電気回路を示
す概略構成図

【符号の説明】

１…低温ロータ　　　　　　　　　　　　　　　　６…
端部軸７，８…集電環　　　　　　　　　　　　　　　
　７ａ，８ａ…集電環９…電流リード　　　　　　　　
　　　　　　　　１２…ガスヘリウム１３…接続スタッ
ド　　　　　　　　　　　　１４…ブラシ１６…冷却孔
　　　　　　　　　　　　　　　　　　１７ａ，１７ｂ
…加熱用集電環

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　回転子内に設けた低温ロータに収納さ
   れた超電導界磁コイルに励磁電流を供給する電流リード
   が回転子軸端に設けられた集電環に軸端部接続スタッド
   を介して電気接続された超電導回転電機の集電装置にお
   いて、前記接続スタッドおよび前記集電環に冷媒のガス
   ヘリウム通路を設けたことを特徴とする超電導回転電機
   の集電装置
2. 【請求項２】　　回転子内に設けた低温ロータに収納さ
   れた超電導界磁コイルに励磁電流を供給する電流リード
   が回転子軸端に設けられた集電環に軸端部接続スタッド
   を介して電気接続された超電導回転電機の集電装置にお
   いて、前記集電環に隣接して加熱用ヒータを備えた加熱
   用集電環を設け、該加熱用集電環を摺動する加熱用ブラ
   シを介して加熱用電源に接続したことを特徴とする超電
   導回転電機の集電装置。